JP5093090B2 - 電磁弁装置および動力伝達装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電磁弁装置および動力伝達装置に関する。
従来、この種の電磁弁装置としては、制御電流目標値に応じた電流によりリニアソレノイドを駆動するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この装置では、ソレノイドを流れる電流を検出する電流モニタを備えており、制御電流目標値と電流モニタからの出力値とに基づいてフィードバック制御によりPWM信号を生成し、生成したPWM信号によりリニアソレノイドを駆動するソレノイド駆動トランジスタをスイッチングしている。
特開2007−282433号公報
ところで、ソレノイドの電磁力により作動する機器としては、上述したリニアソレノイドの他に、電磁力とスプリングによる付勢力とを用いてプランジャを往復運動させることにより作動油を圧送する電磁ポンプなどがある。こうした機器を組み込んで油圧回路を構成する場合、一般に、それぞれに要求される特性に従って必要な電磁力が得られるよう設計され、組み込まれるリニアソレノイドや電磁ポンプの数だけスペースを必要とするから、回路全体が大型化してしまう。特に、油圧回路を車両に搭載する場合には、そのスペースが限られていることから、要求される性能を発揮させつつ装置を小型化することは重要な課題として考えることができる。
本発明の電磁弁装置および動力伝達装置は、装置の性能を発揮させると共に装置全体の小型化を図ることを主目的とする。
本発明の電磁弁装置および動力伝達装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明の電磁弁装置は、
入力ポートと出力ポートとドレンポートを含む第1のポート群が形成されると共に吸入ポートと吐出ポートとを含む第2のポート群が形成された中空のスリーブと、該スリーブに挿入される軸状部材であって軸方向に摺動することにより前記各ポートを開閉可能なスプールと、該スプールを軸方向に付勢するスプリングと、前記スプリングと対向する向きに前記スプールに対して推力を発生させる電磁部と、を有し、前記電磁部で発生させる推力を調節することにより前記入力ポートに入力された作動流体を前記ドレンポートからの排出を伴って調圧して前記出力ポートから出力する調圧バルブとして機能するよう前記スリーブと前記スプールとの間で調圧室が形成されると共に前記電磁部からの推力の発生と解除とを繰り返すことにより作動流体を前記吸入ポートを介して吸入して前記吐出ポートから吐出する電磁ポンプとして機能するよう前記スリーブと前記スプールとの間で前記調圧室とは遮断された空間として区画されたポンプ室が形成されてなる電磁弁と、
前記電磁部を駆動する駆動回路と、
前記電磁部に印加される電流を検出する電流センサと、
前記電磁弁を前記調圧バルブとして機能させるときには、出力圧指令に応じた電流が前記電磁部に印加されるよう前記電流センサにより検出された電流に基づいてフィードバック制御を伴って前記駆動回路を制御し、前記電磁弁を電磁ポンプとして機能させるときには、前記電磁部にポンプ用の電流が印加されるよう前記フィードバック制御を伴わずに前記駆動回路を制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。
この本発明の電磁弁装置では、電磁部で発生させる推力を調節することにより入力ポートに入力された作動流体をドレンポートからの排出を伴って調圧して出力ポートから出力する調圧バルブとして機能するようスリーブとスプールとの間で調圧室を形成すると共に電磁部からの推力の発生と解除とを繰り返すことにより作動流体を吸入ポートを介して吸入して吐出ポートから吐出する電磁ポンプとして機能するようスリーブとスプールとの間で調圧室とは遮断された空間として区画されたポンプ室を形成して電磁弁を構成し、電磁弁を調圧バルブとして機能させるときには出力圧指令に応じた電流が電磁部に印加されるよう電流センサにより検出された電流に基づいてフィードバック制御を伴って駆動回路を制御し、電磁弁を電磁ポンプとして機能させるときには電磁部にポンプ用の電流が印加されるようフィードバック制御を伴わずに駆動回路を制御する。これにより、調圧バルブとしての性能と電磁ポンプとしての性能を両立させながら調圧バルブと電磁ポンプとを一体型として装置全体の小型化を図ることができる。
こうした本発明の電磁弁装置において、前記駆動回路は、スイッチング素子のスイッチングにより前記電磁部のコイルに電圧を印加する回路であり、前記制御手段は、前記電磁弁を前記調圧バルブとして機能させるときには、前記出力圧指令に応じた電流指令と前記電流センサにより検出された電流との偏差に基づいて目標電圧を設定して前記駆動回路を制御し、前記電磁弁を電磁ポンプとして機能させるときには、直接に矩形波状の指令電圧を設定して前記駆動回路を制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、簡易な制御により電磁弁を駆動することができる。
本発明の動力伝達装置は、
入力軸が原動機の出力軸に接続されると共に出力軸が車両の車軸側に接続され、クラッチの係合状態を切り替えることにより前記入力軸に入力される動力を前記出力軸に伝達する動力伝達装置であって、
流体圧により前記クラッチを作動させる流体圧回路に組み込まれた上述した各態様のいずれかの本発明の電磁弁装置、即ち、基本的には、入力ポートと出力ポートとドレンポートを含む第1のポート群が形成されると共に吸入ポートと吐出ポートとを含む第2のポート群が形成された中空のスリーブと、該スリーブに挿入される軸状部材であって軸方向に摺動することにより前記各ポートを開閉可能なスプールと、該スプールを軸方向に付勢するスプリングと、前記スプリングと対向する向きに前記スプールに対して推力を発生させる電磁部と、を有し、前記電磁部で発生させる推力を調節することにより前記入力ポートに入力された作動流体を前記ドレンポートからの排出を伴って調圧して前記出力ポートから出力する調圧バルブとして機能するよう前記スリーブと前記スプールとの間で調圧室が形成されると共に前記電磁部からの推力の発生と解除とを繰り返すことにより作動流体を前記吸入ポートを介して吸入して前記吐出ポートから吐出する電磁ポンプとして機能するよう前記スリーブと前記スプールとの間で前記調圧室とは遮断された空間として区画されたポンプ室が形成されてなる電磁弁と、前記電磁部を駆動する駆動回路と、前記電磁部に印加される電流を検出する電流センサと、前記電磁弁を前記調圧バルブとして機能させるときには、出力圧指令に応じた電流が前記電磁部に印加されるよう前記電流センサにより検出された電流に基づいてフィードバック制御を伴って前記駆動回路を制御し、前記電磁弁を電磁ポンプとして機能させるときには、前記電磁部にポンプ用の電流が印加されるよう前記フィードバック制御を伴わずに前記駆動回路を制御する電磁弁装置
を備えることを要旨とする。
この本発明の動力伝達装置では、上述した各態様のいずれかの本発明の電磁弁装置を備えるから、本発明の電磁弁装置が奏する効果、例えば、調圧バルブとしての性能と電磁ポンプとしての性能を両立させながら調圧バルブと電磁ポンプとを一体型として装置全体の小型化を図ることができる効果などと同様の効果を奏することができる。この結果、流体圧回路の性能を発揮させると共に回路全体の小型化を図ることができる。ここで、「原動機」は、自動停止と自動始動とが可能な内燃機関が含まれる他、電動機も含まれる。
こうした本発明の動力伝達装置において、複数のクラッチの係合状態を切り替えることにより変速比を変更して前記原動機からの動力を前記車軸側に伝達可能な自動変速機と、前記原動機からの動力により駆動して流体圧を発生させる機械式ポンプと、を備え、前記電磁弁装置は、前記調圧バルブとして機能するときには、前記機械式ポンプ側からの流体圧を前記入力ポートを介して入力すると共に調圧を伴って前記出力ポートを介して前記クラッチ側に供給し、前記電磁ポンプとして機能するときには、前記吸入ポートを介して作動流体を吸入すると共に流体圧を発生させて前記吐出ポートを介して前記クラッチに供給するよう構成されてなるものとすることもできる。この態様の本発明の動力伝達装置において、車両の停止に伴って前記原動機が停止しているとき、前記電磁弁を前記電磁ポンプとして機能させて前記複数のクラッチのうち発進用の変速比を形成するクラッチに対して流体圧が作用するよう前記電磁部を制御する制御手段を備えるものとすることもできる。こうすれば、原動機から動力の出力を開始する際に発進用の変速比に迅速に形成することができ、発進をスムーズに行なうことができる。
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
図1は本発明の一実施例としての動力伝達装置20が組み込まれた自動車10の構成の概略を示す構成図であり、図2は実施例の動力伝達装置20が備えるオートマチックトランスミッション30の構成の概略を示す構成図であり、図3はオートマチックトランスミッション30の作動表を示す説明図である。
実施例の自動車10は、図1に示すように、ガソリンや軽油などの炭化水素系の燃料の爆発燃焼により動力を出力する内燃機関としてのエンジン12と、エンジン12のクランクシャフト14に接続されると共に左右の車輪86a,86bにデファレンシャルギヤ84を介して連結された駆動軸82に接続されてエンジン12からの動力を駆動軸82に伝達する実施例の動力伝達装置20と、を備える。
エンジン12は、エンジン用電子制御ユニット(以下、エンジンECUという)18により運転制御されている。エンジンECU18は、詳細に図示しないが、CPUを中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に処理プログラムを記憶するROMと、データを一時的に記憶するRAMと、入出力ポートと、通信ポートとを備える。このエンジンECU18には、クランクシャフト14に取り付けられた回転数センサ16などのエンジン12を運転制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されており、エンジンECU18からは、スロットル開度を調節するスロットルモータへの駆動信号や燃料噴射弁への制御信号,点火プラグへの点火信号,エンジン12をクランキングするスタータモータ13への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。エンジンECU18は、車両全体をコントロールするメイン電子制御ユニット(以下、メインECUという)60と通信しており、メインECU60からの制御信号によってエンジン12を制御したり、必要に応じてエンジン12の運転状態に関するデータをメインECU60に出力する。
実施例の動力伝達装置20は、エンジン12からの動力を駆動軸82に伝達するトランスアクスル装置として構成されており、エンジン12のクランクシャフト14に接続された入力側のポンプインペラ22aと出力側のタービンランナ22bとからなるロックアップクラッチ付きのトルクコンバータ22と、トルクコンバータ22の後段に配置されエンジン12からの動力により作動油を圧送する機械式オイルポンプ42と、トルクコンバータ22のタービンランナ22b側に接続された入力軸36と駆動軸82に接続された出力軸38とを有し入力軸36に入力された動力を変速して出力軸38に出力する油圧駆動の有段のオートマチックトランスミッション30と、このオートマチックトランスミッション30を駆動するアクチュエータとしての油圧回路40と、オートマチックトランスミッション30(油圧回路40)を制御するオートマチックトランスミッション用電子制御ユニット(以下、ATECUという)26と、メインECU60とを備える。
オートマチックトランスミッション30は、図2に示すように、ダブルピニオン式の遊星歯車機構30aとシングルピニオン式の二つの遊星歯車機構30b,30cと三つのクラッチC1,C2,C3と四つのブレーキB1,B2,B3,B4と三つのワンウェイクラッチF1,F2,F3とを備える。ダブルピニオン式の遊星歯車機構30aは、外歯歯車としてのサンギヤ31aと、このサンギヤ31aと同心円上に配置された内歯歯車としてのリングギヤ32aと、サンギヤ31aに噛合する複数の第1ピニオンギヤ33aと、この第1ピニオンギヤ33aに噛合すると共にリングギヤ32aに噛合する複数の第2ピニオンギヤ34aと、複数の第1ピニオンギヤ33aおよび複数の第2ピニオンギヤ34aとを連結して自転かつ公転自在に保持するキャリア35aとを備え、サンギヤ31aはクラッチC3を介して入力軸36に接続されると共にワンウェイクラッチF2を介して接続されたブレーキB3のオンオフによりその回転を自由にまたは一方向に規制できるようになっており、リングギヤ32aはブレーキB2のオンオフによりその回転を自由にまたは固定できるようになっており、キャリア35aはワンウェイクラッチF1によりその回転を一方向に規制されると共にブレーキB1のオンオフによりその回転を自由にまたは固定できるようになっている。シングルピニオン式の遊星歯車機構30bは、外歯歯車のサンギヤ31bと、このサンギヤ31bと同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ32bと、サンギヤ31bに噛合すると共にリングギヤ32bに噛合する複数のピニオンギヤ33bと、複数のピニオンギヤ33bを自転かつ公転自在に保持するキャリア35bとを備え、サンギヤ31bはクラッチC1を介して入力軸36に接続されており、リングギヤ32bはダブルピニオン式の遊星歯車機構30aのリングギヤ32aに接続されると共にブレーキB2のオンオフによりその回転を自由にまたは固定できるようになっており、キャリア35bはクラッチC2を介して入力軸36に接続されると共にワンウェイクラッチF3によりその回転を一方向に規制できるようになっている。また、シングルピニオン式の遊星歯車機構30cは、外歯歯車のサンギヤ31cと、このサンギヤ31cと同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ32cと、サンギヤ31cに噛合すると共にリングギヤ32cに噛合する複数のピニオンギヤ33cと、複数のピニオンギヤ33cを自転かつ公転自在に保持するキャリア35cとを備え、サンギヤ31cはシングルピニオン式の遊星歯車機構30bのサンギヤ31bに接続されており、リングギヤ32cはシングルピニオン式の遊星歯車機構30bのキャリア35bに接続されると共にブレーキB4のオンオフによりその回転を自由にまたは固定できるようになっており、キャリア35cは出力軸38に接続されている。
オートマチックトランスミッション30は、図3に示すように、クラッチC1〜C3のオンオフとブレーキB1〜B4のオンオフにより前進1速〜5速と後進とニュートラルとを切り替えることができるようになっている。前進1速の状態、即ち入力軸36の回転を最も大きな減速比で減速して出力軸38に伝達する状態は、クラッチC1をオンとすると共にクラッチC2,C3とブレーキB1〜B4とをオフとすることにより形成することができる。この前進1速の状態では、エンジンブレーキ時には、ブレーキB4をオンとすることにより、ワンウェイクラッチF3に代えてリングギヤ32cの回転が固定される。前進2速の状態は、クラッチC1とブレーキB3とをオンとすると共にクラッチC2,C3とブレーキB1,B2,B4とをオフとすることにより形成することができる。この前進2速の状態では、エンジンブレーキ時には、ブレーキB2をオンとすることにより、ワンウェイクラッチF1およびワンウェイクラッチF2に代えてリングギヤ32aおよびリングギヤ32bの回転が固定される。前進3速の状態は、クラッチC1,C3とブレーキB3とをオンとすると共にクラッチC2とブレーキB1,B2,B4とをオフとすることにより形成することができる。前進4速の状態は、クラッチC1〜C3とブレーキB3とをオンとすると共にブレーキB1,B2,B4をオフとすることにより形成することができる。前進5速の状態、即ち入力軸36の回転を最も小さな減速比で減速(増速)して出力軸38に伝達する状態は、クラッチC2,C3とブレーキB1,B3とをオンとすると共にクラッチC1とブレーキB2,B4とをオフとすることにより形成することができる。また、オートマチックトランスミッション30では、ニュートラルの状態、即ち入力軸36と出力軸38との切り離しは、すべてのクラッチC1〜C3とブレーキB1〜B4とをオフとすることにより行なうことができる。また、後進の状態は、クラッチC3とブレーキB4とをオンとすると共にクラッチC1,C2とブレーキB1〜B3をオフとすることにより形成することができる。
オートマチックトランスミッション30におけるクラッチC1〜C3のオンオフとブレーキB1〜B4のオンオフは、油圧回路40により行なわれる。図4は、油圧回路40におけるクラッチC1の駆動系の構成の概略を示す部分構成図である。油圧回路40は、図4に示すように、作動油を貯留するオイルパン41と、オイルパン41に貯留されている作動油をろ過するストレーナ41aと、エンジン12からの動力を用いて機械式オイルポンプ42によりオイルパン41からストレーナ41aを介して圧送された作動油の圧力(ライン圧PL)を調節するレギュレータバルブ43と、ライン圧PLから図示しないモジュレータバルブを介して生成されるモジュレータ圧PMODを調圧して信号圧として出力することによりレギュレータバルブ43を駆動するリニアソレノイド44と、ライン圧PLを入力する入力ポート45aとD(ドライブ)ポジション用出力ポート45bとR(リバース)ポジション用出力ポート45cなどが形成されシフトレバー71の操作に連動して各ポートの連通と遮断とを行なうマニュアルバルブ45と、マニュアルバルブ45のDポジション用ポート45bからの作動油を入力し調圧してクラッチC1側に出力するリニアソレノイドとして機能すると共にクラッチC1に作動油を圧送する電磁ポンプとしても機能する電磁弁100と、リニアソレノイドとして機能している電磁弁100からの作動油と電磁ポンプとして機能している電磁弁100からの作動油とを選択的に入力してクラッチC1に出力する切替バルブ50と、クラッチC1と切替バルブ50との間の油路に接続されクラッチC1に作用する油圧の急変を抑制するダンパとして機能すると共にクラッチC1に作用している油圧を蓄圧するアキュムレータ49などにより構成されている。切替バルブ50とアキュムレータ48とを接続する油路48にはオリフィス48aが設けられている。なお、図4では、クラッチC1以外の他のクラッチC2,C3やブレーキB1〜B4の油圧系については本発明の中核をなさないから省略しているが、これらの油圧系については周知のリニアソレノイドなどを用いて構成することができる。以下、油圧回路40が備える電磁弁100の詳細についてさらに説明する。
図5は、電磁弁100の構成の概略を示す構成図である。電磁弁100は、マニュアルバルブ45を介して入力されるライン圧PLから最適なクラッチ圧を生成してクラッチC1をダイレクトに制御可能なダイレクト制御用のリニアソレノイドバルブとして機能すると共に油圧を発生させる電磁ポンプとしても機能するよう構成されており、ソレノイド部110と、このソレノイド部110により駆動されてライン圧PLを入力すると共に入力したライン圧PLを調圧して出力する調圧バルブ部120と、同じくソレノイド部110により駆動されて作動油を圧送するポンプ部130とを備える。
ソレノイド部110は、底付き円筒部材としてのケース111と、ケース111の内周側に配置され絶縁性のボビンに絶縁導線が巻回されてなるコイル(ソレノイドコイル)112と、ケース111の開口端部にフランジ外周部が固定されたフランジ部114aとフランジ部114aからコイル112の内周面に沿って軸方向に延伸された円筒部114bとからなる第1のコア114と、ケース111の底部に形成された凹部の内周面と接触すると共にコイル112の内周面に沿って第1のコア114の円筒部114bと所定間隔を隔てた位置まで軸方向に延伸された円筒状の第2のコア115と、第2のコア115に挿入され第1のコア114の内周面および第2のコア115の内周面を軸方向に摺動可能なプランジャ116と、第1のコア114の円筒部114bに挿入されプランジャ116の先端に当接すると共に円筒部114bの内周面を軸方向に摺動可能なシャフト118とを備える。また、ソレノイド部110は、コイル112からの端子がケース111の外周部に形成されたコネクタ部119に配策されており、この端子を介してコイル112への通電が行なわれる。ケース111と第1のコア114と第2のコア115とプランジャ116は、いずれも純度の高い鉄などの強磁性材料により形成されており、第1のコア114の円筒部114bの端面と第2のコア115の端面との間の空間は、非磁性体として機能するよう形成されている。なお、この空間は、非磁性体として機能させればよいから、ステンレススチールや黄銅などの非磁性金属を設けるものとしても構わない。ソレノイド部110では、コイル112に通電すると、ケース111,第2のコア115,プランジャ116,第1のコア114,ケース111の順にコイル112の周囲を周回するよう磁束が流れる磁気回路が形成され、これにより第1のコア114とプランジャ116との間に吸引力が作用してプランジャ116が吸引される。前述したように、プランジャ116の先端には第1のコア114の内周面を軸方向に摺動可能なシャフト118が当接されているから、プランジャ116の吸引に伴ってシャフト118は前方(図中左方向)に押し出される。
調圧バルブ部120とポンプ部130は、その共用の部材として、バルブボディ102に組み込まれ一端がソレノイド部110のケース111により第1のコア114に取り付けられた略円筒状のスリーブ122と、スリーブ122の内部空間に挿入され一端がソレノイド部110のシャフト118の先端に当接されたスプール124と、スリーブ122の他端にネジ止めされたエンドプレート126と、スプール124をソレノイド部110側の方向へ付勢するスプリング128とを備える。
スリーブ122は、調圧バルブ部120を形成する領域の開口部としては、マニュアルバルブ45のDポジション用出力ポート45bからの作動油を入力する入力ポート122aと、クラッチC1側に入力した作動油を吐出する出力ポート122bと、入力した作動油をドレンするドレンポート122cと、出力ポート122bから出力される作動油をバルブボディ102の内面とスリーブ122の外面とにより形成された油路122eを介して入力してスプール124にフィードバック力を作用させるフィードバックポート122dとが形成されている。また、スリーブ122のソレノイド部110側の端部には、スプール124の摺動に伴ってスリーブ122の内周面とスプール124の外周面との間から漏れ出た作動油を排出するための排出孔122fも形成されている。また、スリーブ122は、ポンプ部130を形成する領域の開口部としては、作動油を吸入する吸入ポート132aと、吸入した作動油を吐出する吐出ポート132bと、ポンプ部130の機能を停止したときに残存している作動油を排出するドレンポート132cとが形成されている。
スプール124は、スリーブ122の内部に挿入される軸状部材として形成されており、スリーブ122の内壁を摺動可能な円柱状の三つのランド124a,124b,124cと、ランド124aとランド124bとの間を連結しランド124a,124bの外径よりも小さな外径で且つ互いのランド124a,124bから中央部に向かうほど外径が小さくなるようテーパ状に形成され入力ポート122aと出力ポート122bとドレンポート122cの各ポート間を連通可能な連通部123aと、ランド124bとこれよりも外径が小さなランド124cとの間を連結しスリーブ122の内壁と共にスプール124に対してソレノイド部110側の方向にフィードバック力を作用させるためのフィードバック室を形成する連結部123bと、ランド124cに接続された吸入用逆止弁134と、吸入用逆止弁134とエンドプレート126との間に介在する吐出用逆止弁136と、を備え、スリーブ122とスプール124の連通部123aとランド124a,124bとにより調圧室121を形成し、スリーブ122とスプール124の吸入用逆止弁134と吐出用逆止弁136とによりポンプ室131を形成する。
ポンプ部130の吸入用逆止弁134は、ランド124cと連結され中央にポンプ室131と吸入ポート132aとを連通する開口部133が形成された円筒状の本体134aと、ボール134bと、このボール134bを本体134aの開口部133に押し付けるスプリング134cとを備え、ポンプ室131内が正圧のときにスプリング134cの付勢力により開口部133を閉塞して閉弁しポンプ室131内が負圧のときにスプリング134cの収縮を伴って開口部133を開放して開弁する。一方、吐出用逆止弁136も、スプリング128と吸入用逆止弁134のスプリング134cとを受けるスプリング受けとして機能すると共に中央に吐出ポート132bとを連通する開口部135が形成された円筒状の本体136aと、ボール136bと、エンドプレート126をスプリング受けとしてボール136bを本体136aの開口部135に押し付けるスプリング136cとを備え、ポンプ室131内が負圧のときにスプリング136cの付勢力により開口部135を閉塞して閉弁しポンプ室131内が正圧のときにスプリング136cの収縮を伴って開口部135を開放して開弁する。したがって、ソレノイド部110のコイル112への通電をオンからオフしたときにはスプリング136cおよびスプリング128の付勢力によりスプール124をソレノイド部110側に移動させることによりポンプ室131内を負圧として作動油を吸入用逆止弁134を介して吸入ポート132aからポンプ室131内に吸入し、ソレノイド部110のコイル112への通電をオフからオンしたときにはソレノイド部110からの推力によりスプール124をエンドプレート126側に移動させることによりポンプ室131内を正圧として吸入した作動油を吐出用逆止弁136を介して吐出ポート132bから吐出することができる。
次に、電磁弁100の動作すなわちリニアソレノイドとして機能する際の動作と電磁ポンプとして機能する動作について説明する。まず、リニアソレノイドとして機能する際の動作について説明する。いま、コイル112への通電がオフされている場合を考える。この場合、スプール124はスプリング128,134c,136cの付勢力によりソレノイド部110側へ移動しているから、ランド124bにより入力ポート122aが閉塞されると共に連通部123aを介して出力ポート122bとドレンポート122cとが連通された状態となる。したがって、クラッチC1には油圧は作用しない。コイル112への通電がオンされると、コイル112に印加される電流の大きさに応じた吸引力で第1のコア114にプランジャ116が吸引され、これに伴ってシャフト118が押し出されてシャフト118の先端に当接されたスプール124がエンドプレート126側に移動する。これにより、入力ポート122aと出力ポート122bとドレンポート122cとが互いに連通した状態となり、入力ポート122aから入力された作動油は一部が出力ポート122bに出力されると共に残余がドレンポート122cに出力される。また、フィードバックポート122dを介してフィードバック室に作動油が供給され、スプール124には出力ポート122bの出力圧に応じたフィードバック力がソレノイド部110側の方向に作用する。したがって、スプール124は、プランジャ116の推力(吸引力)とスプリング128のバネ力とフィードバック力とが丁度釣り合う位置で停止することになる。この際、コイル112に印加される電流が大きくなるほど、即ちプランジャ116の推力が大きくなるほど、スプール124がエンドプレート126側に移動し、入力ポート122aの開口面積を広げると共にドレンポート122cの開口面積を狭める。コイル112への通電が最大となると、スプール124はプランジャ116の可動範囲の最もエンドプレート126側に移動し、連通部123aにより入力ポート122aと出力ポート122bとが連通されると共にランド124aによりドレンポート122cが閉塞されて出力ポート122bとドレンポート122cとが遮断される。これにより、クラッチC1には最大油圧が作用することになる。このように、実施例の電磁弁20では、コイル112への通電がオフされている状態で入力ポート122aを遮断すると共に出力ポート122bとドレンポート122cとを連通するから、ノーマルクローズ型の電磁弁として機能することがわかる。
続いて、電磁弁100を電磁ポンプとして機能させる場合の動作について説明する。いま、コイル112への通電がオンされている状態からオフされた場合を考える。この場合、スプール124はエンドプレート126側からソレノイド部110側へ移動するから、ポンプ室131内は負圧となり、吸入用逆止弁134が開弁すると共に吐出用逆止弁136が閉弁して作動油を吸入用逆止弁134を介して吸入ポート132aからポンプ室131内に吸入する。この状態からコイル112への通電をオンすると、スプール124はソレノイド部110側からエンドプレート126側に移動するから、ポンプ室131内は正圧となり、吸入用逆止弁134が閉弁すると共に吐出用逆止弁136が開弁してポンプ室131内に吸入した作動油を吐出用逆止弁136を介して吐出ポート132bから吐出する。このように、コイル112への通電のオンとオフとを繰り返して矩形波状の電流を印加する(以下、この制御を矩形波電流制御をいう)ことにより、実施例の電磁弁20を作動油を圧送する電磁ポンプとして機能させることができる。
電磁弁100は、図6に例示する駆動回路90により駆動される。駆動回路90は、図示するように、直流電源92がスイッチング素子としてのトランジスタ94を介してソレノイド部110のコイル112に接続されており、トランジスタ94のON時間の割合を調節することによりコイル112を流れる電流を調節できるようになっている。なお、この駆動回路90には、コイル112を流れる電流を検出するための電流センサ96が設けられている。以上、電磁弁100の詳細について説明した。
切替バルブ50は、ライン圧PLを信号圧として入力する信号圧用入力ポート52aとストレーナ41aと機械式オイルポンプ42との間の油路46に接続された入力ポート52bとこの入力ポート52bから入力した作動油を出力する出力ポート52cとドレンポート52dと電磁弁100の調圧バルブ部120の出力ポート122bに接続された入力ポート52eと電磁弁100のポンプ部130の吐出ポート132bに接続された入力ポート52fとこれら二つの入力ポート52e,52fからの油圧を選択的に入力してクラッチC1に出力する出力ポート52gとポンプ部130のドレンポート132cに接続された入力ポート52hとこの入力ポート52hから入力した作動油をドレンするドレンポート52iの各種ポートが形成されたスリーブ52と、スリーブ52内を軸方向に摺動するスプール54と、スプール54を軸方向に付勢するスプリング56とにより構成されている。この切替バルブ50は、ライン圧PLが信号圧用入力ポート52aに入力されているときにはスプリング56の付勢力に打ち勝ってスプール54が図中右半分の領域に示す位置に移動し入力ポート52bと出力ポート52cとの連通を遮断し入力ポート52eと出力ポート52gとを連通すると共に入力ポート52fを閉塞することにより調圧バルブ部120の出力ポート122bとクラッチC1の油路48とを連通し、ライン圧PLが信号圧用入力ポート52aに入力されていないときにはスプリング56の付勢力によりスプール54が図中左半分の領域に示す位置に移動し入力ポート52bと出力ポート52cとを連通してストレーナ41aと機械式オイルポンプ42との間の油路46に切替バルブ50を介してポンプ部130の吸入ポート132aを接続すると共に入力ポート52eを閉塞して入力ポート52fと出力ポート52gとを連通することによりポンプ部130の吐出ポート132bとクラッチC1の油路48とを連通する。なお、ライン圧PLが信号圧用入力ポート52aに入力されているときには、入力ポート52bが閉塞されると共に出力ポート52cとドレンポート52dとが連通してポンプ部130の吸入ポート132aに作動油が供給されないようになると共に入力ポート52hとドレンポート52iとが連通してポンプ部130のドレンポート132cから作動油がドレンされるようになっている。
ATECU26は、詳細には図示しないが、CPUを中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に処理プログラムを記憶するROMと、データを一時的に記憶するRAMと、入出力ポートと、通信ポートとを備える。ATECU26には、入力軸36に取り付けられた回転数センサ24からの入力軸回転数Ninや出力軸38に取り付けられた回転数センサからの出力軸回転数Nout、電流センサ96からの電流Icなどが入力ポートを介して入力されており、ATECU26からは、電磁弁100の駆動回路90のスイッチング素子84へのスイッチング制御信号やリニアソレノイド44などの各種ソレノイドを駆動する図示しない駆動回路のスイッチング素子へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。ATECU26は、メインECU60と通信しており、メインECU60からの制御信号によってオートマチックトランスミッション30(油圧回路40)を制御したり、必要に応じてオートマチックトランスミッション30の状態に関するデータをメインECU60に出力する。
メインECU60は、詳細には図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に処理プログラムを記憶するROMと、データを一時的に記憶するRAMと、入出力ポートと、通信ポートとを備える。メインECU60には、イグニッションスイッチ70からのイグニッション信号,シフトレバー71の操作位置を検出するシフトポジションセンサ72からのシフトポジションSP,アクセルペダル73の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ74からのアクセル開度Acc,ブレーキペダル75の踏み込みを検出するブレーキスイッチ76からのブレーキスイッチ信号BSW,車速センサ78からの車速Vなどが入力ポートを介して入力されている。メインECU60は、エンジンECU18やATECU26と通信ポートを介して接続されており、エンジンECU18やATECU26と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
こうして構成された自動車10では、シフトレバー62を「D(ドライブ)」の走行ポジションとして走行しているときに、車速Vが値0,アクセルオフ,ブレーキスイッチ信号BSWがオンなど予め設定された自動停止条件の全てが成立したときにエンジン12を自動停止する。エンジン12が自動停止されると、その後、ブレーキスイッチ信号BSWがオフなど予め設定された自動始動条件が成立したときに自動停止したエンジン12を自動始動する。
次に、こうして構成された自動車10が搭載する実施例の動力伝達装置20の動作、特に、実施例の電磁弁装置の動作について説明する。図7は、ATECU26により実行される電磁弁制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎(例えば数msec毎)に繰り返し実行される。ここで、実施例の電磁弁装置としては、電磁弁100と、ATECU26とが該当する。
電磁弁制御ルーチンが実行されると、ATECU26のCPUは、まず、エンジン12が運転中であるか否かを判定し(ステップS100)、エンジン12が運転中のときにはクラッチC1のONが要求されているか否かを判定する(ステップS110)。エンジン運転中にクラッチC1のONが要求される場合としては、シフトレバー71がDポジションでエンジン12の自動始動条件が成立してエンジン12が自動始動した場合などが該当する。クラッチC1のONが要求されていないときには、そのまま本処理を終了する。一方、クラッチC1のONが要求されているときには、電磁弁100を調圧バルブとして機能すると判断して、電流センサ96からの電流Icを入力し(ステップS120)、油圧指令に基づいて電流指令Ic*を設定する(ステップS130)。ここで、電流指令Ic*の設定は、実施例では、油圧指令と電流指令Ic*との関係を予め求めてマップとしてATECU26のROMに記憶しておき、油圧指令が与えられるとマップから対応する電流指令Ic*を導出することにより行なうものとした。図8に電流指令Ic*の一例を示す。電流Icを入力すると共に電流指令Ic*を設定すると、入力した電流Icと設定した電流指令Ic*とに基づいて次式(1)により目標電圧Vc*を設定し(ステップS140)、設定した目標電圧Vc*に基づいてPWM信号を生成し(ステップS150)、生成したPWM信号を駆動回路90のトランジスタ94に出力して(ステップS160)、本ルーチンを終了する。式(1)は、電流センサ96からの電流Icを電流指令Ic*に一致させるためのフィードバック制御における関係式であり、式(1)中の「kp」は比例項におけるゲインを示し「ki」は積分項におけるゲインを示す。こうしたフィードバック制御を用いることにより、比較的高い調圧精度をもってクラッチC1を係合させることができる。
Vc*=kp(Ic*-Ic)+ki∫(Ic*-Ic)dt (1)
ステップS100でエンジン12が運転中でない即ち停止中と判定されたときには、クラッチC1のONが要求されているか否かを判定する(ステップS170)。エンジン停止中にクラッチC1のONが要求される場合としては、シフトレバー71がDポジションでエンジン12の自動停止条件が成立してエンジン12が自動停止した場合が該当する。クラッチC1のONが要求されていないときには、そのまま本処理を終了する。一方、クラッチC1のONが要求されているときには、電磁弁100を電磁ポンプとして機能すると判断して、矩形波状の指令電圧Vc*を設定し(ステップS180)、設定した指令電圧Vc*に基づいてPWM信号を生成し(ステップS190)、生成したPWM信号を駆動回路90のトランジスタ94に出力して(ステップS200)、本ルーチンを終了する。指令電圧Vc*の設定は、実施例では、クラッチC1のONが要求されてからの経過時間tと図9に例示するマップとに基づいて行なうものとした。なお、シフトレバー71がDポジションでエンジン12の停止中に電磁弁100を電磁ポンプとして機能させてクラッチC1に作動油を圧送するのは、その後にエンジン12の自動始動条件が成立したときにクラッチC1を素早く係合して車両の発進をスムーズに行なわせるためである。実施例では、電磁弁100を電磁ポンプとしての圧送性能がクラッチピストンとドラムとの間に設けられたシールリングなどから漏れ出る量だけポンプ部130から作動油が補充できる程度となるよう設計するものとした。
調圧バルブ部120とポンプ部130とを一体化させた電磁弁100を電磁ポンプとして機能させる場合、一般に、電磁ポンプとしての圧送性能を十分に発揮させるためには、デューティ比の変化を大きくすると共にその周期をできる限り小さくした方が良いが、電流センサ96からの電流Icが電流指令Ic*に一致するようフィードバック制御することにより矩形波状の電流をソレノイド部110(コイル112)に印加しようとすると、電流応答性が悪化するから、デューティ比や周期が制限される。前述したように、電磁弁100を調圧バルブとして機能させる場合には高い調圧精度が要求されるから、調圧性能を十分に発揮させるためには上述したフィードバック制御を行なう方が良いが、電磁弁100を電磁ポンプとして機能させる場合には高い調圧精度は要求されないから、フィードバック制御を用いずに直接に矩形波状の指令電圧Vc*を設定することにより電磁ポンプとしての圧送性能を十分に発揮させるためのデューティ比と周期を設定することができる。電磁弁100を調圧バルブとして機能させる際にはフィードバック制御を用いて駆動回路90を制御し、電磁弁100を電磁ポンプとして機能させる際にはフィードバック制御を用いずに駆動回路90を制御するのは、こうした理由に基づいている。
以上説明した実施例の電磁弁装置によれば、調圧バルブとして機能する調圧バルブ部120と電磁ポンプとして機能するポンプ部130とをソレノイド部110を共用することにより一体化して電磁弁100を構成し、電磁弁100を調圧バルブとして機能させる際には電流センサ96からの電流Icが電流指令Ic*に一致するようフィードバック制御により指令電圧Vc*を設定して駆動回路90を制御し、電磁弁100を電磁ポンプとして機能させる際にはフィードバック制御を用いずに矩形波状の指令電圧Vc*を設定して駆動回路90を制御するから、調圧バルブの性能と電磁ポンプの性能を十分に発揮させながら調圧バルブと電磁ポンプとを一体化することにより電磁弁100の小型化を図ることができる。この結果、電磁弁装置を動力伝達装置に組み込むことにより、動力伝達装置を小型化することができる。
実施例の電磁弁装置では、電磁弁100を電磁ポンプとして機能させる際には直接に矩形波状の指令電圧Vc*を設定するものとしたが、矩形波状の電流指令Ic*を設定しこの電流指令Ic*とコイル112の抵抗値とに基づいて目標電圧Vc*を算出するものとしてもよい。
実施例の電磁弁装置では、電磁弁100を調圧バルブとして機能させる際には、比例項と積分項とを用いたフィードバック制御によりソレノイド部110を駆動するものとしたが、比例項だけを用いたフィードバック制御によりソレノイド部110を駆動するものとしてもよいし、比例項と積分項と微分項とを用いたフィードバック制御によりソレノイド部110を駆動するものとしてもよい。また、こうしたフィードバック項だけを用いるものに限られず、フィードバック項とフィードフォワード項とを用いたフィードバック制御によりソレノイド部110を駆動するものとしても構わない。
実施例の電磁弁装置では、電磁弁100の調圧バルブ部120をノーマルクローズ型として構成するものとしたが、ノーマルオープン型として構成するものとしてもよい。
実施例の電磁弁装置では、機械式オイルポンプ42から圧送された作動油を調圧してクラッチC1に供給するための調圧バルブとエンジン12の停止中にクラッチC1に作動油を圧送するための電磁ポンプとを一体化した電磁弁100が動力伝達装置に組み込まれたものに適用して説明したが、これに限定されるものではなく、共通のソレノイド部を用いて調圧バルブと電磁ポンプとを一体化したものであれば如何なる機器に適用するものとしても構わない。
実施例では、前進1速〜5速の5段変速のオートマチックトランスミッション30を組み込むものとしたが、4段変速や6段変速,8段変速など、如何なる段数の自動変速機を組み込むものとしてもよいし、エンジン12のクランクシャフト14にクラッチを介して直接にデファレンシャルギヤ84を介して車輪86a,86bに接続するなどとしてもよい。
ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、電磁弁100が「電磁弁」に相当し、駆動回路90が「駆動回路」に相当し、電流センサ96が「電流センサ」に相当し、ATECU26が「制御手段」に相当する。また、エンジン12が「原動機」に相当し、油圧回路40が「流体圧回路」に相当する。また、機械式オイルポンプ42が「機械式ポンプ」に相当する。ここで、「原動機」としては、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関に限定されるものではなく、水素エンジンなど、如何なるタイプの内燃機関であっても構わないし、内燃機関以外の電動機など、動力を出力可能なものであれば如何なるタイプの原動機であっても構わない。なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、電磁弁の製造産業などに利用可能である。
本発明の一実施例としての動力伝達装置20が組み込まれた自動車10の構成の概略を示す構成図である。 実施例の動力伝達装置20が備えるオートマチックトランスミッション30の構成の概略を示す構成図である。 オートマチックトランスミッション30の作動表を示す説明図である。 油圧回路40におけるクラッチC1の駆動系の構成の概略を示す部分構成図である。 電磁弁100の構成の概略を示す構成図である。 電磁弁100の駆動回路90の構成の概略を示す構成図である。 ATECU26により実行される電磁弁制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 電流指令Ic*の一例を示す説明図である。 電圧指令設定用マップの一例を示す説明図である。
符号の説明
10 自動車、12 エンジン、13 スタータモータ、14 クランクシャフト、16 回転数センサ、18 エンジン用電子制御ユニット(エンジンECU)、20 動力伝達装置、22 トルクコンバータ、22a ポンプインペラ、22b タービンランナ、24 回転数センサ、26 オートマチックトランスミッション用電子制御ユニット(ATECU)、30 オートマチックトランスミッション、30a ダブルピニオン式の遊星歯車機構、30b,30c シングルピニオン式の遊星歯車機構、31a,31b,31c サンギヤ、32a,32b,32c リングギヤ、33a 第1ピニオンギヤ、33b,33c ピニオンギヤ、34a 第2ピニオンギヤ、35a,35b,35c キャリア,36 入力軸、38 出力軸、40,40B 油圧回路、41 オイルパン、41a ストレーナ、42 機械式オイルポンプ、43 レギュレータバルブ、44 リニアソレノイド、45 マニュアルバルブ、45a 入力ポート、45b Dポジション用出力ポート、45c Rポジション用出力ポート、46,48 油路、48a オリフィス、49 アキュムレータ、50 切替バルブ、52 スリーブ、52a 信号圧用入力ポート、52b 入力ポート、52c 出力ポート、52d ドレンポート、52e 入力ポート、52f 入力ポート、52g 出力ポート、52h 入力ポート、52i ドレンポート、54 スプール、56 スプリング、60 メイン電子制御ユニット(メインECU)、70 イグニッションスイッチ、71 シフトレバー、72 シフトポジションセンサ、73 アクセルペダル、74 アクセルペダルポジションセンサ、75 ブレーキペダル、76 ブレーキスイッチ、78 車速センサ、84 デファレンシャルギヤ、86a,86b 車輪、90 駆動回路、92 電源、94 トランジスタ、96 電流センサ、100 電磁弁、102 バルブボディ、110 ソレノイド部、111 ケース、112 コイル、114 第1のコア、114a フランジ部、114b 円筒部、115 第2のコア、116 プランジャ、118 シャフト、119 コネクタ部、120 調圧バルブ部、122 スリーブ、122a 入力ポート、122b 出力ポート、122c ドレンポート、122d フィードバックポート、122e 油路、124 スプール、123a 連通部、123b 連結部、124a〜124c ランド、126 エンドプレート、128 スプリング、130 ポンプ部、132a 吸入ポート、132b 吐出ポート、132c ドレンポート、133 開口部、134 吸入用逆止弁、134a 本体、134b ボール、134c スプリング、135 開口部、136 吐出用逆止弁、136a 本体、136b ボール、136c スプリング、150 切替バルブ、152 スリーブ、152a 信号圧用入力ポート、152b 入力ポート、152c 出力ポート、154 スプール、156 スプリング、200 電磁ポンプ、222a 入力ポート、222b 出力ポート、232a 吸入ポート、232b 吐出ポート、C1〜C3 クラッチ、B1〜B4 ブレーキ、F1〜F3 ワンウェイクラッチ、SLC1 リニアソレノイド。

Claims (6)

  1. 入力ポートと出力ポートとドレンポートを含む第1のポート群が形成されると共に吸入ポートと吐出ポートとを含む第2のポート群が形成された中空のスリーブと、該スリーブに挿入される軸状部材であって軸方向に摺動することにより前記各ポートを開閉可能なスプールと、該スプールを軸方向に付勢するスプリングと、前記スプリングと対向する向きに前記スプールに対して推力を発生させる電磁部と、を有し、前記電磁部で発生させる推力を調節することにより前記入力ポートに入力された作動流体を前記ドレンポートからの排出を伴って調圧して前記出力ポートから出力する調圧バルブとして機能するよう前記スリーブと前記スプールとの間で調圧室が形成されると共に前記電磁部からの推力の発生と解除とを繰り返すことにより作動流体を前記吸入ポートを介して吸入して前記吐出ポートから吐出する電磁ポンプとして機能するよう前記スリーブと前記スプールとの間で前記調圧室とは遮断された空間として区画されたポンプ室が形成されてなる電磁弁と、
    前記電磁部を駆動する駆動回路と、
    前記電磁部に印加される電流を検出する電流センサと、
    前記電磁弁を前記調圧バルブとして機能させるときには、出力圧指令に応じた電流が前記電磁部に印加されるよう前記電流センサにより検出された電流に基づいてフィードバック制御を伴って前記駆動回路を制御し、前記電磁弁を電磁ポンプとして機能させるときには、前記電磁部にポンプ用の電流が印加されるよう前記フィードバック制御を伴わずに前記駆動回路を制御する制御手段と、
    を備える電磁弁装置。
  2. 請求項1記載の電磁弁装置であって、
    前記駆動回路は、スイッチング素子のスイッチングにより前記電磁部のコイルに電圧を印加する回路であり、
    前記制御手段は、前記電磁弁を前記調圧バルブとして機能させるときには、前記出力圧指令に応じた電流指令と前記電流センサにより検出された電流との偏差に基づいて目標電圧を設定して前記駆動回路を制御し、前記電磁弁を電磁ポンプとして機能させるときには、直接に矩形波状の指令電圧を設定して前記駆動回路を制御する手段である
    電磁弁装置。
  3. 入力軸が原動機の出力軸に接続されると共に出力軸が車両の車軸側に接続され、クラッチの係合状態を切り替えることにより前記入力軸に入力される動力を前記出力軸に伝達する動力伝達装置であって、
    流体圧により前記クラッチを作動させる流体圧回路に組み込まれた請求項1または2記載の電磁弁装置
    を備える動力伝達装置。
  4. 請求項3記載の動力伝達装置であって、
    複数のクラッチの係合状態を切り替えることにより変速比を変更して前記原動機からの動力を前記車軸側に伝達可能な自動変速機と、
    前記原動機からの動力により駆動して流体圧を発生させる機械式ポンプと、
    を備え、
    前記電磁弁装置は、前記調圧バルブとして機能するときには、前記機械式ポンプ側からの流体圧を前記入力ポートを介して入力すると共に調圧を伴って前記出力ポートを介して前記クラッチ側に供給し、前記電磁ポンプとして機能するときには、前記吸入ポートを介して作動流体を吸入すると共に流体圧を発生させて前記吐出ポートを介して前記クラッチに供給する
    ことを特徴とする動力伝達装置。
  5. 車両の停止に伴って前記原動機が停止しているとき、前記電磁弁を前記電磁ポンプとして機能させて前記複数のクラッチのうち発進用の変速比を形成するクラッチに対して流体圧が作用するよう前記電磁部を制御する制御手段を備える請求項4記載の動力伝達装置。
  6. 前記原動機は、自動停止と自動始動とが可能な内燃機関である請求項3ないし5いずれか1項に記載の動力伝達装置。
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